La fotosíntesis cambió la Tierra de manera importante. Cuando aparecieron los organismos fotosintéticos, se produjo el Gran Evento de Oxigenación, que permitió la evolución de la vida multicelular y dio lugar a la capa de ozono. La vida pudo aventurarse en la tierra, protegida de la intensa radiación ultravioleta del sol.
Por Evan Gough, Universo Hoy
Pero los organismos fotosintéticos de la Tierra evolucionaron bajo la iluminación específica del Sol. ¿Cómo se comportarían las plantas bajo otras estrellas?
Nuestro Sol es una estrella de tipo G, a veces llamada enana amarilla. Para nosotros parece una estrella normal, pero las enanas amarillas no son tan comunes. Solo entre el 7% y el 8% de las estrellas de la Vía Láctea son estrellas de tipo G. Para entender la habitabilidad de los exoplanetas, necesitamos entender los tipos de estrellas más abundantes.
Algunos científicos proponen que las estrellas enanas K son las estrellas anfitrionas más óptimas para los exoplanetas habitables. Tienen entre un 50% y un 80% de la masa de las estrellas de tipo G, son más abundantes y tienen luminosidades estables durante miles de millones de años más que las estrellas similares al Sol.
El Sol se mantendrá estable en la secuencia principal durante unos 10.000 millones de años, mientras que las estrellas de tipo K pueden permanecer estables hasta 70.000 millones de años. A pesar de ello, gran parte de la investigación sobre la habitabilidad de los exoplanetas se centra en las enanas M, o enanas rojas, que en realidad pueden ser mucho más inhóspitas para la vida debido a las llamaradas y al bloqueo de mareas.
En un nuevo estudio, un trío de investigadores simuló la emisión de luz de una estrella enana K y cultivó dos organismos fotosintéticos en esas condiciones para ver cómo respondían. El artículo de investigación se titula » Observación de una fotosíntesis significativa en berros de jardín y cianobacterias bajo la iluminación simulada de una estrella enana K «. Se publicó en el International Journal of Astrobiology y la autora principal es Iva Vilović, estudiante de doctorado en el Grupo de Investigación de Astrobiología de la Universidad Técnica de Berlín.
El berro de jardín, cuyo nombre en latín es Lepidium sativum, es una verdura de jardín común que se utiliza en ensaladas, sopas y sándwiches. Es una planta adaptable que crece rápidamente. La cianobacteria Chroococcidiopsis es un extremófilo conocido por permanecer inactivo durante 13 millones de años y permanecer viable. Puede resistir la radiación, la desecación y las temperaturas extremas y es de interés para la astrobiología.
Esperamos que la fotosíntesis desempeñe un papel en la astrobiología. La luz de las estrellas proporciona la energía necesaria para que los organismos sinteticen compuestos orgánicos. Para comprender la fotosíntesis en la astrobiología, necesitamos entender cómo otras estrellas podrían impulsar la fotosíntesis.
«Por lo tanto, comprender cualquier planeta en el contexto de su entorno estelar es un paso esencial para evaluar su habitabilidad», escriben los autores.
Los astrónomos buscan planetas similares a la Tierra alrededor de estrellas similares al Sol porque es la única vida que conocemos. También prestan especial atención a las enanas M porque son muy abundantes y se sabe que albergan muchos exoplanetas rocosos en sus zonas habitables. Los científicos han demostrado que los organismos fotosintéticos de la Tierra pueden crecer bajo la luz simulada de las enanas M. Pero la habitabilidad de las enanas M se enfrenta a toda una serie de posibles barreras.
En este trabajo, los investigadores se centraron en las enanas K, que carecen de la actividad magnética que parece generar llamaradas extremadamente potentes en las enanas M, tan potentes que podrían esterilizar planetas en su zona habitable de agua líquida.
Las zonas habitables alrededor de las enanas K también están lo suficientemente alejadas como para que los planetas no se vean atrapados por las mareas, otra posible barrera a la habitabilidad que afecta a las enanas M. Las enanas K también se vuelven habitables antes en sus vidas que las enanas M debido al rápido debilitamiento de sus flujos de rayos X y FUV.
«En conjunto, las enanas K pueden considerarse las ‘estrellas Ricitos de Oro’ en la búsqueda de planetas potencialmente portadores de vida», escriben los autores.
El trío de investigadores expuso las plántulas de berros a tres regímenes de luz diferentes: luz solar, luz K-dwarf y ausencia de luz. Visualmente, las muestras solares y K-dwarf eran similares, aunque la mayoría de las veces, las semillas brotaron uno o dos días antes que bajo la luz solar . La muestra K-dwarf también tenía una superficie foliar ligeramente mayor.
Después de siete días, una vista lateral de las muestras mostró que la altura y el alargamiento del tallo eran diferentes. Bajo la iluminación K-dwarf, el berro creció más alto.
Los investigadores también midieron el contenido de agua y la masa seca. En condiciones de enanismo K, el berro tenía un contenido de agua ligeramente mayor, mientras que el contenido seco era menor en comparación con las condiciones solares.
Los investigadores también probaron la eficiencia fotosintética y no encontraron diferencias significativas entre las muestras solares y las enanas K.
La resistente Cyanobacterium chroococcidiopsis sp. CCMEE 029, una bacteria extremófila, se encuentra en el extremo opuesto del espectro de crecimiento rápido del berro de jardín. Es una superviviente que puede soportar largos períodos de latencia y condiciones de crecimiento extremas. Los investigadores también la cultivaron en condiciones de luz solar, enana K y oscuridad.
Midieron la densidad integrada promedio (IntD) de la cianobacteria, que es un indicador del crecimiento del cultivo. Encontraron que la muestra de enanas K exhibió valores más altos que la muestra solar, pero las diferencias no se consideraron significativas.
Como era de esperar, «las cianobacterias en condiciones de oscuridad constante no lograron exhibir una IntD significativamente medible», escriben los autores en su artículo.
Señalan que su estudio no replicó completamente las condiciones naturales: la intensidad de la luz solar cambia a lo largo del día, pero no lo incluyeron en su estudio.
«La intensidad de la luz solar en la Tierra varía a lo largo del día, y las intensidades máximas se producen durante las horas centrales. Esta variación es crucial para que las plantas se adapten y respondan a las condiciones cambiantes de luz, incluida la activación de la extinción no fotoquímica (NPQ) para mitigar los efectos del exceso de luz», escriben. La NPQ ayuda a las plantas a hacer frente a los períodos de exceso de luz, es decir, luz por encima de lo que pueden fotosintetizar, disipándola en forma de calor.
«Comprender los efectos de la radiación de las enanas K en la fotosíntesis y el crecimiento es de suma importancia no sólo para evaluar su viabilidad para los organismos fototróficos, sino también para interpretar las biofirmas atmosféricas fuera del sistema solar», explican los autores. Otras investigaciones en esta área se han centrado en las enanas M, y este trío de investigadores dice que, hasta donde saben, el suyo es el primero en analizar la fotosíntesis y las enanas K.
«Estos resultados pueden acercarnos a determinar qué entornos estelares podrían ser los candidatos óptimos en la búsqueda de mundos habitables», escriben los autores. «Estos hallazgos no sólo ponen de relieve los mecanismos de adaptación de los organismos fotosintéticos a entornos de radiación modificados, sino que también implican la habitabilidad principal de los exoplanetas que orbitan alrededor de estrellas enanas K».
Más información: Iva Vilović et al, Observación de fotosíntesis significativa en berros de jardín y cianobacterias bajo iluminación simulada de una estrella enana K, International Journal of Astrobiology (2024). DOI: 10.1017/S1473550424000132
